DE4338788A1 - Kraftmessdose zum Wiegen eines Inhaltes eines Aufbewahrungsbehälters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftmeßdose und insbesondere eine solche zur genauen Messung des Gewichtes eines Inhaltes eines Aufbewahrungsbehälters.

Ein Hersteller oder ein Verwender von Schüttgut wünscht im allgemeinen fortlaufend die Menge von in einem Aufbewah­ rungsbehälter wie einem großen Sammelbehälter oder Silo ent­ haltener Ware, feststellen zu können. Zu diesem Zweck sind eine Anzahl bekannter Instrumente, die innerhalb des Aufbe­ wahrungsbehälters montiert sind, erhältlich. Beispielsweise gibt es Pegelmeßanzeiger, von denen einige als sogenanntes Senkblei mechanisch arbeiten und andere elektrisch arbeiten, wie beispielsweise Kapazitätssonden, Ultraschallmeßsysteme und Mikrowellenmeßsysteme.

Allerdings kann keines dieser bekannten Instrumente eine sehr genaue Information über das Gewicht des gespeicherten Materials liefern. Da sie weiterhin innerhalb des Aufbewah­ rungsbehälters angeordnet sind, können die Instrumente leicht korrodieren oder ein klebriges Material kann sich an ihnen ansammeln, so daß eine Wartung der Instrumente erfor­ derlich ist. Aufgrund dieser Nachteile bei Instrumenten in­ nerhalb des Aufbewahrungsbehälters wird gegenwärtig bevor­ zugt versucht, das Gewicht des Behälterinhaltes zu messen. Dieser Ansatz ermöglicht eine viel genauere und wertvollere Information. Da die Wiegeeinrichtungen weiterhin außerhalb des Aufbewahrungsbehälters angeordnet sind, sind sie nicht korrosiven oder abschleifenden Materialien ausgesetzt und erfordern folglich normalerweise keine Wartung.

Eine Vorrichtung mit einer Kraftmeßdose zum Wiegen des Be­ hälterinhaltes ist in der US-Patentschrift Nr. 4,596,155 von Kistler beschrieben. Dieses Patent beschreibt eine Kraftmeßdose, die im wesentlichen aus einem umgekehrten Be­ cher gebildet ist, innerhalb welchem ein zweiachsiger Deh­ nungssensor angeordnet ist. Wird eine Last auf die Mitte der Oberfläche dieser Kraftmeßdose ausgeübt, wird die Oberfläche sphärisch deformiert. Die Größe dieser Deformation wird durch den zweiachsigen Dehnungssensor gemessen, wodurch sich eine genaue Messung der Last ergibt. Die grundsätzliche Ein­ fachheit, die relativ niedrigen Kosten und die gute Genauig­ keit dieses Typs von Kraftmeßdose hat sie sehr erfolgreich gemacht. Allerdings, wie bei den meisten anderen Kraftmeßdo­ sen, kann auch dieser Typ weder mit einem Sockel oder einem Boden noch mit einer Tragkonstruktion verbolzt werden. Folg­ lich ruht der Aufbewahrungsbehälter einfach auf den Kraft­ meßdosen, ohne fest verankert zu sein. Entsprechend kann ein hoher Außensilo bei starken Winden oder während eines klei­ neren Erdbebens leicht kippen. Um dies zu verhindern, werden horizontale flexible Ankerstangen verwendet, um den Silo oder Tank seitlich festzuhalten. Vertikale Ankerstangen, die den Tank oder Tragstruktur nicht kontaktieren können, werden installiert, um den Tank an einem Umkippen zu hindern. Dies macht die Installation relativ komplex und teuer und große Meßfehler können auftreten, wenn der Tank beispielsweise vertikal in einer bestimmten Stellung aufgrund einer fal­ schen Installation der vertikalen Ankerstangen festgehalten ist.

Mehrere Bemühungen sind unternommen worden, um die in dem Kistler-Patent bezeichnete Einrichtung zu modifizieren, um eine Befestigung an einem Boden oder einer Tragstruktur durch Verbolzen oder Schweißen zu ermöglichen. Allerdings haben alle diese Bemühungen entweder die Genauigkeit der Kraftmeßdose verschlechtert oder haben die Kraftmeßdose ge­ hindert, bestimmten Typen von Lasten ohne Beschädigung zu widerstehen. Beispielsweise beschreibt das US-Patent Nr. 4,166,977 von Kistler eine zylindrische Kraftmeßdose mit ei­ ner unteren Montageplatte, die durch eine Vielzahl von Bol­ zen an einem Boden befestigt ist. Eine obere Montageplatte ist ebenfalls durch eine Vielzahl von Bolzen an einem Trag­ teil eines Aufbewahrungsbehälters befestigt. Die Kraftmeß­ dose hat eine kreisförmige Biegeplatte, die mit der oberen und unteren Montageplatte an unterschiedlichen radialen Po­ sitionen angeschlossen ist, so daß die Platte sich propor­ tional zum Gewicht des Aufbewahrungsbehälters und des Inhal­ tes deformiert. Die Größe der Biegeplattendehnung wird durch bekannte Dehnungssensoren gemessen, um eine Angabe des Ge­ wichtes des Behälterinhaltes zu ermöglichen.

Auch wenn die Vorrichtung aus der US 4,166,997 bei einigen Anwendungen gut einsetzbar ist, ist die Kraftmeßdose leicht durch auf sie ausgeübte Biegemomente zu beschädigen. Diese Biegemomente können durch eine Winkelfehlausrichtung der Tragkonstruktionen für den Aufbewahrungsbehälter hervorgeru­ fen werden, die an der Kraftmeßdose befestigt sind. Insbe­ sondere, da die vorstehend genannte Kraftmeßdose an mehreren Punkten mit dem Behältertragteil verbolzt ist, wird der Win­ kel zwischen dem Tragteil und der Oberseite der Kraftmeßdose fixiert. In ähnlicher Weise, da die Kraftmeßdose an einer Vielzahl von Punkten mit der Bodenfläche verbolzt ist, wird der Winkel zwischen der Bodenfläche und der Unterseite der Kraftmeßdose fixiert. Als Ergebnis wird jede Änderung im Winkel zwischen dem Tragteil und der Bodenoberfläche durch eine laterale Biegung der Kraftmeßdose begleitet.

Biegemomente können auf die Kraftmeßdose nach der US Nr. 4,166,997 weiterhin durch laterale Kräfte ausgeübt werden, die die Tragkonstruktion auf die Kraftmeßdose ausübt. Eine auf die Kraftmeßdose durch ein Tragteil ausgeübte laterale Kraft erzeugt ein Biegemoment für die Kraftmeßdose mit einer Größe, die dem Produkt aus Kraft und der vertikalen Dicke der Kraftmeßdose entspricht, d. h. dem Produkt aus Kraft und Kraftarm.

Folglich ist die vorstehend beschriebene Kraftmeßdose von Natur aus nicht dazu geeignet, wesentliche Biegemomente auf­ zunehmen, die entweder durch eine Winkelfehlausrichtung oder durch laterale Kräfte wie oben beschrieben auftreten. Als Ergebnis wird die Kraftmeßdose oft beschädigt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, insbesondere eine Kraftmeßdose zum Wiegen eines Aufbewahrungsbehälters bereitzustellen, die sowohl mit einer Tragfläche und mit dem Aufbewahrungsbehälter verbolzbar oder verschraubbar ist.

Eine weiter Aufgabe der Erfindung ist, mit einer Kraftmeß­ dose nicht nur genau Druck- und Zugkräfte zu messen, sondern die Druckmeßdose so zu gestalten, daß sie erheblichen Sei­ tenlasten ohne Beschädigung bei gleichzeitig genauer Ge­ wichtsmessung widersteht.

Eine weiter Aufgabe der Erfindung ist, einer Kraftmeßdose bereitzustellen, die nicht nur genau Druck- und Zugkräfte mißt, sondern auch erheblichen Biegemomenten ohne Beschädi­ gung bei Aufrechterhaltung einer hohen Meßgenauigkeit wider­ stehen kann.

Schließlich ist es noch Aufgabe der Erfindung, eine Kraft­ meßdose bereitzustellen, die insbesondere zur genauen Ge­ wichtsmessung eines Aufbewahrungsbehälters vorgesehen ist, wobei die Kraftmeßdose sowohl mit einer Tragfläche als auch mit dem Aufbewahrungsbehälter verbolzbar oder verschraubbar ist und welche gleichzeitig eine transversale Bewegung auf­ nehmen kann.

Zur Lösung dieser und anderer Aufgaben wird die eine erfin­ dungsgemäße Kraftmeßdose zum Wiegen des Inhaltes eines Auf­ bewahrungsbehälters bereitgestellt, welcher von einem Funda­ ment durch eine Vielzahl von Tragteilen des Aufbewahrungsbe­ hälters getragen ist. Die Kraftmeßdose weist erste und zwei­ te, konzentrisch angeordnete, zylindrische Bauteile auf, die auf gegenüberliegenden Seiten einer elastischen, im wesent­ lichen ebenen, kreisförmigen Biegeplatte befestigt sind. Ei­ ne Montageplatte, die an dem ersten zylindrischen Bauteil angeordnet ist, ist entweder am Fundament oder einem Trag­ bauteil des Aufbewahrungsbehälters befestigt. Eine Montage­ platte, die am zweiten zylindrischen Bauteil angeordnet ist, weist eine einzelne Befestigungsstruktur auf, die in der Achse von erstem und zweitem zylindrischen Bauteil positio­ niert ist. Die einzelne Befestigungsstruktur sichert die Montageplatte entweder am Fundament oder an einem Tragteil des Aufbewahrungsbehälters. Ein Dehnungssensor ist an der Biegeplatte angeordnet und erzeugt eine elektrische Anzeige für die lastinduzierte Dehnung der Biegeplatte, so daß das Gewicht des Inhaltes des Aufbewahrungsbehälters durch die elektrischen Anzeigen bestimmbar ist, die von den jedes Tragteil des Behälters tragenden Kraftmeßdosen erzeugt wer­ den.

Die einzelne Befestigungsstruktur ist vorzugsweise entweder eine Gewindebohrung, die in der Montageplatte ausgebildet ist oder ein von der Montageplatte hervorstehender Gewinde­ stutzen. Das zweite zylindrische Bauteil weist vorzugsweise einen relativ dicken, mittleren Bereich auf, um dadurch das zweite zylindrische Bauteil zu verstärken. Erstes und zwei­ tes zylindrisches Bauteil und die Biegeplatte können ge­ trennte Teile sein, die miteinander beispielsweise durch Schweißen verbunden sind, oder sie sind vorzugsweise aus ei­ nem Teil eines elastischen Materials hergestellt. Der Deh­ nungssensor kann an der Biegeplatte entweder auf dessen Ober- oder Unterseite angeordnet sein. Weiterhin sind zwei Dehnungssensoren verwendbar, von denen einer auf der Ober­ seite und der andere auf der Unterseite der Biegeplatte an­ geordnet ist.

Die Kraftmeßdose kann weiterhin eine Verbindungsplatte auf­ weisen, die an der Oberseite der Montageplatte durch die einzelne Befestigungsstruktur befestigt ist. Die einzelne Befestigungsstruktur ist vorzugsweise eine in der Montage­ platte gebildete Gewindebohrung, so daß die Verbindungs­ platte an der Oberseite der Montageplatte durch einen Bolzen befestigt ist, der sich durch eine in der Verbindungsplatte gebildete Öffnung erstreckt.

Die Kraftmeßdose kann ebenfalls am Fundament in einer sol­ chen Weise befestigt sein, daß eine begrenzte transversale Bewegung der Kraftmeßdose möglich ist. Gemäß dieses Ausfüh­ rungsbeispiels der Erfindung, ist eine Gleitplatte mit einer glatten, ebenen Oberfläche auf dem Fundament entweder unter­ halb der Montageplatte oder der Verbindungsplatte angeord­ net. Eine Schicht aus einem Material mit geringer Reibung ist vorzugsweise zwischen der Oberseite der Gleitplatte und der Montage- oder Verbindungsplatte positioniert. Ein Paar Haltebalken sind an gegenüberliegenden Enden am Fundament befestigt. Die Haltestäbe erstrecken sich entlang des Gleit­ teils und umgeben dieses zumindest teilweise, wobei die Kraftmeßdose eine begrenzte Strecke auf der Gleitplatte gleiten kann.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an­ hand der in der Zeichnung beigefügten Figuren näher erläu­ tert und beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine maßstabsgerechte Ansicht eines Ausführungsbei­ spiels einer erfindungsgemäßen Kraftmeßdose;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 aus Fig. 1;

Fig. 3 eine maßstabsgerechte Ansicht eines weiteren Ausfüh­ rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kraftmeßdose;

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 aus Fig. 3;

Fig. 5 einen Querschnitt eines Teils eines Ausführungsbei­ spiels der erfindungsgemäße Kraftmeßdose, die ein­ teilig aus einem Materialstück hergestellt ist;

Fig. 6 eine Explosionsdarstellung einer vollständigen Kraftmeßdose mit dem in Fig. 5 dargestellten Teil;

Fig. 7 eine Seitenansicht einer Verbindungsplatte zur Ver­ wendung mit dem Ausführungsbeispiel der erfindungs­ gemäßen Kraftmeßdose nach Fig. 1;

Fig. 8 eine Seitenansicht der in Fig. 7 dargestellten Ver­ bindungsplatte, welche auf dem in Fig. 1 dargestell­ ten Ausführungsbeispiel der Kraftmeßdose angeordnet ist;

Fig. 9 eine maßstabsgerechte Explosionsdarstellung einer Adaptereinrichtung zur Verwendung mit der erfin­ dungsgemäßen Kraftmeßdose, die eine laterale Bewe­ gung auf einer Montagfläche der Kraftmeßdose er­ laubt; und

Fig. 10 eine maßstabsgerechte Ansicht der Adaptervorrichtung nach Fig. 9 in ihrer zusammengesetzten Anordnung mit einer erfindungsgemäßen Kraftmeßdose.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Kraftmeßdose dargestellt. Die Kraftmeßdose 100 weist eine feste Grundplatte 102 auf, auf der ein erster umgekehrter Becher 104 aufgeschweißt ist. Ein Boden 106 des Bechers 104 weist in einem zentralen Bereich eine Biege­ platte 108 auf, die, wie weiter unten beschrieben wird, in Abhängigkeit von einer Größe einer aufgebrachten Last ver­ formbar ist. Ein zweiachsiger Dehnungssensor von bekanntem Aufbau ist an der Biegeplatte 108 angebracht, um die Größe, deren Dehnung oder Verbiegung zu messen. Ein passender, zweiachsiger Dehnungssensor 110 ist in der US Nr. 4,596,155 beschrieben, auf welche hiermit verwiesen wird.

Ein zweiter umgekehrter Becher 112 mit kleinerem Durchmesser ist an dem Boden 106 des ersten Bechers 104 so angeschweißt, daß ein Boden des Bechers 112 eine obere Montageplatte 114 bildet. Eine einzige Gewindebohrung 116 ist in der Mitte der Montageplatte 114 zur Befestigung an einem nicht dargestell­ ten Tragteil eines Aufbewahrungsbehälters eingebracht. Die gesamte Kraftmeßdose 100 ist auf einem nicht dargestellten Boden oder Tragfläche durch eine Vielzahl von in der Basis 102 ausgebildeten Bohrungen 120 zu befestigen.

Wird die Basis- oder Grundplatte 102 an einem Boden oder ei­ ner Tragfläche befestigt, ist diese nicht mehr einfach um eine horizontale Achse verschwenkbar. Als Ergebnis muß jede Winkelbewegung eines Tragteils des Aufbewahrungsbehälters entweder durch die Kraftmeßdose 100 selbst oder eine Grenz­ fläche zwischen Kraftmeßdose 100 und Tragteil aufgenommen werden. Dabei ist zu beachten, daß die erfindungsgemäße Kraftmeßdose 100 eine Einpunktbefestigung zwischen einem Tragteil und der Kraftmeßdose 100 aufweist. Bei dem Ausfüh­ rungsbeispiel der Fig. 1 und 2 ist diese Einpunktbefesti­ gung durch eine einzelne Gewindebohrung 116 gebildet, welche in der Mitte der Montageplatte 114 ausgebildet ist. Diese Einpunktbefestigung hat die vorteilhafte Eigenschaft, daß die Grenzfläche zwischen dem Tragteil und der Montageplatte 114 an diesem einzigen Punkt schwenkbar ist. Die Schwenkbe­ wegung ist möglich, da entweder ein nicht dargestellter Bol­ zen, der in die Bohrung 116 eingeschraubt ist, sich relativ leicht biegt, oder daß der Bolzen ausreichend lose ist, um zwischen Tragteil und Montageplatte 114 ein gewisses Spiel zu gestatten.

In Fig. 3 und 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel 122 einer erfindungsgemäßen Kraftmeßdose dargestellt. Gleiche Teile sind dabei mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Kraftmeßdose 122 nach Fig. 3 unterscheidet sich von der Kraftmeßdose 100 nach Fig. 1 und 2 durch die Verwendung eines Gewindestutzens 124, der anstelle der Gewindebohrung 116, die in der Kraftmeßdose 100 nach Fig. 1 und 2 ver­ wendet wird, auf der Oberseite der oberen Montageplatte 114 angeordnet ist.

Die Kraftmeßdose 122 nach Fig. 3 und 4 wird in gleicher Weise wie die Kraftmeßdose 100 nach Fig. 1 und 2 verwen­ det, außer daß anstelle eines durch ein nicht dargestelltes Tragteil in die Bohrung 116 hindurchgeführten Bolzens, der Gewindstutzen 124 durch ein Tragteil hindurchgesteckt wird und eine nicht dargestellte Mutter zur Befestigung des Trag­ teils an der oberen Montageplatte 114 auf den Gewindestutzen 124 aufgeschraubt wird.

Um eine optimale Ausführung zu erhalten, werden die beiden umgekehrten Becher 104 und 112 vorzugsweise aus einem einzi­ gen Materialstück hergestellt, wodurch das in Fig. 5 darge­ stellte Kraftmeßdosenbauteil 130 gebildet ist. Dieses weist einen unteren, umgekehrten Becher 132 auf, wobei sich eine Biegeplatte 134 zwischen oberen Kanten der zylindrischen Wand 135 erstreckt. Die Biegeplatte 134 ist ebenfalls mit einer zylindrischen Wand 136 eines oberen Bechers 138 ver­ bunden. Die Wand 136 des oberen Bechers 138 weist einen ver­ stärkten Mittelabschnitt 140 zur Verstärkung der Wand 136 auf, um größere Lasten tragen zu können. Der verstärkte Mit­ telabschnitt 140 verhindert unter Last Deformationen der Wand, während er die Last an die Biegeplatte 134 gleichmäßig überträgt. Der verstärkte Mittelabschnitt 140 unterstützt weiterhin eine Isolierung der Biegeplatte 134 von mechani­ schen Störungen durch Befestigung einer Tragstruktur eines Aufbewahrungsbehälters. Durch Übertragen der Last durch die zylindrische Wand 136 wird die Biegeplatte 134 immer in die gleiche sphärische Form ausgelenkt, unabhängig von Variatio­ nen der ausgeübten Last, so daß das Kraftmeßdosenbauteil 130 unempfindlich gegenüber einer außermittigen Belastung ist.

Eine zylindrische Bohrung 152 ist in einem mittleren Bereich 140 an einer Stelle ausgebildet. Ein elektrischer Anschluß 144 von bekannter Art ist in dem Mittelabschnitt 140 an der Bohrung 142 angeordnet, um das Kraftmeßdosenbauteil 130 mit einer an sich bekannten elektronischen Ausleseeinrichtung (nicht dargestellt) zu verbinden.

Das in Fig. 5 dargestellte Kraftmeßdosenbauteil 130 ist in Fig. 6 zusammen mit zusätzlichen Bauteilen zur Bildung einer vollständigen Kraftmeßdose 150 dargestellt. Diese weist eine Grundplatte 152 auf, die an der zylindrischen Wand 135 des Bechers 132 angeschweißt ist. Ein kreisförmige, obere Monta­ geplatte 154 mit einer mittigen Gewindbohrung 156 ist an der oberen Kante des oberen Bechers 138 angeschweißt. Ein an sich bekannter, zweiachsiger Dehnungssensor 158 ist durch in die Biegeplatte 134 eingeschraubte Schraube 160 an dieser befestigt. Der Dehnungssensor 158 ist mit dem elektrischen Anschluß 144 durch eine Montageplatte mit gedruckter Schal­ tung und Leiter 162 verbunden, die sich durch ein in der Mitte der Biegeplatte 134 gebildetes Loch 164 erstrecken. Ein Kabel 166 verbindet den Dehnungssensor 158 mit einer be­ kannten Ausleseeinrichtung (nicht dargestellt), um eine An­ zeige der Größe der auf die Kraftmeßdose 150 wirkenden Last zu ermöglichen.

Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß der durch die zylindrische Wand 135 des unteren Bechers 132 umgebene Raum einen unteren Hohlraum 170 bildet, während der durch die zylindrische Wand 136 des oberen Bechers 138 umgebene Raum einen oberen Hohl­ raum 172 bildet. Der untere Hohlraum 170 ist mit einem be­ kannten Einbettungsmaterial durch eine in der Grundplatte 152 gebildete Füllöffnung 174 auffüllbar. Das Fülloch 174 wird nach Einfüllen des Einbettungsmaterials zugeschweißt. In ähnlicher Weise wird der obere Hohlraum 172 mit durch das Loch 164 der Biegeplatte 134 vom unteren Hohlraum 170 he­ reinlaufendes Einbettungsmaterial gefüllt. Nach Aufhärten des Einbettungsmaterials bleibt dieses flexibel, so daß es Verbiegungen der Biegeplatte nicht hemmt. Weiterhin haftet das Material an allen Oberflächen, mit denen es in Kontakt kommt und es vermindert nicht sein Volumen durch Schrumpfen. Das Einbettungsmaterial stellt aufgrund seines elastischen und anhaftenden Charakters eine dichte flüssigkeitsundurch­ lässige Umgebung für den Dehnungssensor 158 und jegliche zu­ gehörige Elektronik innerhalb der Kraftmeßdose 150 bereit. Die Leiter 162 erstrecken sich vom Verbinder 144 zum Deh­ nungssensor 158 und sind ebenfalls durch das flexible Ein­ bettungsmaterial abgedichtet, wobei ein Eindringen von Flüs­ sigkeit in die Kraftmeßdose 150 verhindert werden soll, wo­ bei vorzugsweise entweder Volldrahtleiter 162 verwendet wer­ den oder ein kleiner Abschnitt von verseilten Drähten verlö­ tet wird, die in den Leitern 162 verwendet werden.

Wie vorstehend erwähnt, ermöglicht der Dehnungssensor 158 eine elektrische Anzeige der Verbiegung der Biegeplatte 134 unter Last. Da die elektrische Ausgabe von Kraftmeßdosen be­ züglich ihrer Nennlast standardisiert sind und wenn mehrere Kraftmeßdosen 150 zum Tragen des gleichen Aufbewahrungsbe­ hälters auf entsprechenden Tragstrukturen verwendet werden, wird die Gesamtsystem-Lastanzeige des Behälters nicht beein­ flußt, wenn die Belastung (Druck und/oder Zug) auf den Trag­ strukturen sich durch äußere Faktoren wie beispielsweise Windkräfte auf den Aufbewahrungsbehälter oder eine ungleich­ mäßige Verteilung in dem Behälter ändern.

Auch wenn der Dehnungssensor 158 von jeder bekannten Struk­ tur sein kann, werden vorzugsweise Kristalldehnungsmesser nach der US Nr. 4,596,155 verwendet. Solche Kristalldeh­ nungsmesser aus einem Halbleiter zeigen eine hohe Signalab­ gabe. Allerdings ist aufgrund ihrer Natur ihr Widerstand keine lineare Funktion der auftretenden Dehnung. Werden zwei Kristalldehnungsmesser auf gegenüberliegenden Seiten der Biegeplatte 134 angeordnet, verursacht eine Verbiegung der Biegeplatte 134 eine Kompression eines Dehnungsmessers und eine Zugkraft bei dem anderen Dehnungsmesser. Auch wenn die beiden Dehnungsmesser auf einem Dehnungssensor in einer wie in der US Nr. 4,596,155 beschriebenen Konfiguration ange­ ordnet sind, wobei bei Dehnung ein Dehnungsmesser kompri­ miert und der andere Dehnungsmesser unter Zugkraft steht, werden die beiden Dehnungsmesser elektronisch umgekehrt an­ geregt, wobei sich deren Ausgaben addieren, anstatt sich ge­ genseitig aufzuheben. Zur gleichen Zeit wird die Nicht-Line­ arität der beiden Halbleiterdehnungsmesser nahezu aufgehoben, da die Nicht-Linearität eines Halbleiterdehnungsmesser unter Zug negativ und unter Druck positiv ist. Durch Bemühungen, die physikalischen (mechanischen und elektrischen) Charakte­ ristika jedes Paares von Dehnungsmessern einander anzupas­ sen, wobei die Dehnungsmesser im gleichen zweiachsigen Deh­ nungssensor 158 angeordnet sind, kann eine Gesamtlinearität von ungefähr +/-1,0% bis +/-0,2% bei maximaler Signalab­ gabe erreicht werden. Für Präzisionswiegeanwendungen ist diese Genauigkeit nicht ausreichend.

Um die Linearität des Dehnungssensors 158 zu verbessern, wird dieser vorzugsweise vorgedehnt, so daß die Gesamtabgabe der beiden Halbleiter-Kristalldehnungsmesser zu einem be­ stimmten Bereich in ihrem Funktionsbereich verschiebbar ist, in dem die resultierende Nicht-Linearität der beiden Deh­ nungsmesser in ihrem tiefstmöglichen Zustand ist. Ein Deh­ nungssensor 158, der von einer linearen Signalabgabe in die positive Richtung abweicht, muß in einer Weise vorgedehnt werden, als wenn die Kraftmeßdose unter Zug steht, um die Nicht-Linearität des Dehnungssensors zu vermindern. Ein Deh­ nungssensor 158, der von der linearen Abgabe in eine negati­ ve Richtung abweicht, muß in einer solchen Weise vorgedehnt werden, als ob die Kraftmeßdose unter Druck steht. Dadurch ergeben sich Kraftmeßdosen mit Nicht-Linearität im Bereich von +/-0,1% bis +/-0,05% der maximalen Signalabgabe oder besser.

Das einfachste Verfahren zum Anbringen der erfindungsgemäßen Kraftmeßdose 100, 122 (Fig. 1 bis 4) besteht darin, diese an einem Fundament oder Unterbau durch in der Grundplatte 102 gebildete Bolzenlöcher 120 zu verbolzen oder zu ver­ schrauben. Eine Tragstruktur eines Aufnahmebehälters kann dann an der Kraftmeßdose 100, 120 befestigt werden, indem ein nicht dargestellter Bolzen in die Bohrung 116 einge­ schraubt wird oder eine nicht dargestellte Mutter auf den Stutzen 124 aufgeschraubt wird.

Ein weiteres Verfahren zur Verwendung der Kraftmeßdose 100, 120 der Fig. 1 bis 4 erfolgt durch Verwendung einer obe­ ren Verbindungs- oder Adapterplatte 180, die an der oberen Montageplatte 114 befestigt wird, indem ein Bolzen 182 durch einen gewölbten Federteller 184 hindurchgesteckt wird und eine Bohrung 186 in der Adapterplatte 180 ausgebildet ist. Die Adapterplatte 180 gleicht der Grundplatte 102 darin, daß mehrere nicht dargestellte Bolzenlöcher in der Platte (Fig. 7) zur Befestigung der Platte 180 an einer nicht dargestell­ ten Tragstruktur für den Aufbewahrungsbehälter ausgebildet sind.

Die Adapterplatte 180 ist in Fig. 8 an einer Kraftmeßdose 100 angebracht. Der Bolzen 182 ist zuerst durch Federteller 184 und Bohrung 186 hindurchgeführt und in Bohrung 116 ein­ geschraubt, welche in der oberen Montageplatte 114 ausgebil­ det ist. Ein Tragteil eines Aufbewahrungsbehälters wird dann vorzugsweise durch Bolzen (nicht dargestellt) oben auf der Adapterplatte 180 befestigt.

Die in der Adapterplatte 180 gebildete Mittelbohrung 186 weist vorzugsweise einen etwas größeren Durchmesser als Bol­ zen 182 auf, wodurch dieser begrenzt eine seitliche und eine Schwenkbewegung in der Adapterplatte 180 ausführen kann. Die Länge Bolzens 182 ist so ausgewählt, daß er innerhalb der oberen Montageplatte 114 anliegt, bevor der gewölbte Feder­ teller 184 vollständig flachgedrückt ist. Als Ergebnis kann die obere Adapterplatte 180 mehrere Grad in alle Richtungen geneigt werden und kann ebenso etwas in vertikaler Richtung bewegt werden. Diese Bewegungsfreiheit gestattet der Kraft­ meßdose 100 mit Situationen fertigzuwerden, in denen das Tragteil Aufbewahrungsbehälters nicht gleichmäßig ist oder der Unterbau, auf dem die Kraftmeßdose 100 angeordnet ist, geneigt ist.

Bei Anwendungen, bei denen der Aufbewahrungsbehälter, der von der Kraftmeßdose 100 getragen ist, sich thermisch aus- oder zusammenzieht, können die Tragteile der Behälters große seitliche Lasten auf die Kraftmeßdose 100 ausüben. Unter diesen Umständen kann die in den Fig. 9 und 10 darge­ stellte Gleitinstallations-Einrichtung vorteilhalft verwen­ det werden. Diese verwendet die Kraftmeßdose 100 mit der an­ gebrachten oberen Adapterplatte 180. Die Kraftmeßdose 100 ist umgekehrt eingebaut und ein Behältertragteil ist an der Grundplatte 102 der Kraftmeßdose vorzugsweise durch Verwen­ dung von Bolzen, die durch Bolzenlöcher 120 hindurchgeführt sind, befestigt.

Eine Gleitplatte 192 wird zuerst auf dem Unterbau mit in diesen eingefügten Stutzen 196 aufgesetzt, welche sich nach oben durch Löcher 198 in der Gleitplatte 192 erstrecken. Ein Gleitpuffer 200 aus TEFLON® (registriertes Warenzeichen) oder einem ähnlichen Material mit einem geringen Reibungs­ index ist darauffolgend an der oberen Adapterplatte 180 durch Schrauben 202 befestigt. Der Gleitpuffer 200 und die obere Adapterplatte 180, die an der Kraftmeßdose 100 ange­ bracht ist, werden daraufhin auf die Gleitplatte 192 aufge­ setzt. Die Kraftmeßdose 100 wird einem Heruntergleiten von der Gleitplatte 194 durch Haltestäbe 206, 208 gehindert, die an der Gleitplatte durch Gewindestutzen 196 befestigt sind. Nach Hindurchtreten durch die Gleitplatte 192 erstrecken sich die Gewindestutzen 196 durch entsprechende Abstandshül­ sen 210 und durch in den Haltestäben 206, 208 gebildete Lö­ cher 212. Schließlich sind die Haltestäbe 206, 208 in der entsprechenden Position durch Muttern 214 gesichert, die ge­ gen Federringe 216 drehbar sind, die an Unterlegscheiben 218 anliegen.

Die Gleitinstallations-Einrichtung 190 gestattet der Kraft­ meßdose 100, welche an einem Behältertragteil befestigt ist, eine begrenzte Bewegungsfreiheit in alle Richtungen, wodurch eine Behälterausdehnung aufnehmbar ist und Seitenbelastungen auf die Kraftmeßdose 100 eliminiert sind. Als Ergebnis ist die Genauigkeit und die Empfindlichkeit der Kraftmeßdose 100 relativ konstant.

Claims (26)

1. Eine Kraftmeßdose (100, 122, 150) zum Wiegen eines In­ haltes eines Aufbewahrungsbehälters, der auf einem Un­ terbau durch eine Vielzahl von Behältertragteilen ge­ tragen ist, wobei die Kraftmeßdose aufweist:
eine Montageplatte (102) mit einer ebenen, unteren Flä­ che, welche eine Befestigungseinrichtung (120) zur Be­ festigung der Montageplatte entweder am Unterbau oder an einem der Behälter Tragteile aufweist;
ein erstes zylindrisches Bauteil (104, 132), dessen un­ tere Kante an einer Oberseite der Montageplatte befe­ stigt ist;
eine elastische, im wesentlichen ebene, kreisförmige Biegeplatte (108, 134), deren Unterseite an einer Ober­ kante des ersten zylindrischen Bauteils (104, 132) be­ festigt ist;
ein zweites zylindrisches Bauteil (112, 138), dessen Unterkante an einer Oberseite der Biegeplatte (108, 134) so befestigt ist, daß erstes und zweites zylindri­ sches Bauteil konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei die Durchmesser vom ersten und zweiten zylindri­ schen Bauteil unterschiedlich sind, so daß eine zwi­ schen der Unterkante des ersten zylindrischen Bauteils und der Oberkante des zweiten zylindrischen Bauteils in eine entlang einer Achsenrichtung von ersten und zwei­ ten zylindrischen Bauteil ausgeübte Kraft eine Verbie­ gung der Biegeplatte (108, 134) mit einer Größe hervor­ ruft, die eine Funktion der Größe der Kraft ist;
eine an der oberen Kante des zweiten zylindrischen Bau­ teils befestigte Montageplatte (124), welche eine ein­ zelne Befestigungsstruktur (116, 124) aufweist, die in der Achse von erstem und zweitem zylindrischen Bauteil zur Befestigung der Montageplatte entweder am Unterbau oder an einem Behältertragteil angeordnet ist; und
einen auf der Biegeplatte angeordneten Dehnungssensor (110, 158), welcher eine elektrische Anzeige einer Deh­ nung der Biegeplatte erzeugt, die als Anzeige für die Größe der Kraft dient, durch die ein Gewicht des Inhal­ tes des Aufbewahrungsbehälters durch die elektrischen Anzeigen bestimmbar ist, welche durch jedes Behälter­ tragteil tragende Kraftmeßdosen erzeugt sind.

2. Kraftmeßdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Befestigungsstruktur eine in der Mon­ tageplatte (114) ausgebildete Gewindebohrung (116) auf­ weist.

3. Kraftmeßdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Befestigungsstruktur einen von der Montageplatte (114) vorstehenden Gewindebolzen (124) aufweist.

4. Kraftmeßdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung die Montageplatte (102) am Unterbau befestigt.

5. Kraftmeßdose nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung die Montageplatte (102) am Unterbau an einer Vielzahl von Stellen befestigt.

6. Kraftmeßdose nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung eine Vielzahl von in der Montageplatte gebildeten, beabstandeten Bolzenlö­ chern (120) aufweist.

7. Kraftmeßdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite zylindrische Bauteil (138) zur Verstär­ kung einen mittleren Bereich (140) mit relativ großer Wandstärke aufweist.

8. Kraftmeßdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erstes und zweites zylindrisches Bauteil (104, 132; 108, 134; 112, 138) und die Biegelplatte einteilig aus einem elastischen Materialstück gebildet sind.

9. Kraftmeßdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einbettungsmaterial in innere Räume (170, 172) der Kraftmeßdose eingefüllt ist, welche durch erstes und zweites zylindrisches Bauteil umgeben sind.

10. Kraftmeßdose nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einfülloch (174) in einem Bereich der Montage­ platte (152) unterhalb des ersten zylindrischen Bau­ teils (135) gebildet ist, wobei das Einbettungsmaterial durch das Einfülloch in die inneren Räume (170, 172) injizierbar ist.

11. Kraftmeßdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dehnungssensor (110. 158) auf einer Oberseite der Biegeplatte (108, 134) angeordnet ist.

12. Kraftmeßdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dehnungssensor (110, 158) auf einer Unterseite der Biegeplatte (108, 134) angeordnet ist.

13. Kraftmeßdose nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Dehnungssensor auf der Oberseite der Biegeplatte (108, 134) angeordnet ist.

14. Kraftmeßdose nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß erster und zweiter Dehnungssensor Halbleiter- Kristalldehnungsmesser sind.

15. Kraftmeßdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnungssensor einen im wesentlichen quadrati­ schen, flexiblen Rahmen aufweist, der an der Biegeplat­ te angeordnet ist, wobei der Rahmen vier Beine auf­ weist, von denen ein Bein in Abhängigkeit von einer Verbiegung der Biegeplatte verbiegbar ist und an diesem ein Paar von dehnungsempfindlichen Halbleiterkristallen angeordnet sind.

16. Kraftmeßdose nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnungssensor zur Minimierung von kombinierten Nicht-Linearitäten der Dehnungsmesser vorgedehnt ist, wobei die elektrischen Anzeigen der Halbleiter- Kristalldehnungsmesser kombiniert und in einem bestimm­ ten Bereich verschoben sind.

17. Kraftmeßdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Adapterplatte (180) auf der Oberseite der Mon­ tageplatte (114) durch eine einzelne Befestigungsstruk­ tur befestigt ist, wobei die Adapterplatte eine Befe­ stigungseinrichtung zur Befestigung der Adapterplatte entweder an Behältertragteilen oder an der Unterlage aufweist.

18. Kraftmeßdose nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung eine Vielzahl von beab­ standeten, in der Adapterplatte gebildeten Bolzenboh­ rungen aufweist.

19. Kraftmeßdose nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Befestigungsstruktur eine in der Mon­ tageplatte gebildete Gewindebohrung aufweist, wobei die Adapterplatte (180) an der Oberseite der Montageplatte durch einen durch eine in der Adapterplatte gebildete Öffnung (186) sich erstreckenden Bolzen (182) befestigt ist.

20. Kraftmeßdose nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Öffnung (186) kleiner als der Durchmesser des Bolzens (182) ist, wodurch die Adapter­ platte eine begrenzte seitliche und Schwenkbewegung ausführt.

21. Kraftmeßdose nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein gewölbter Federteller (184) zwischen Bolzen (182) und Öffnung (186) angeordnet ist, durch den sich der Bolzen (182) vor Eingriff in die Öffnung (186) er­ streckt, wobei die Länge des Bolzens zur Verhinderung eines vollständigen Zusammendrückens des Federtellers größer als die Tiefe der Gewindebohrung ist.

22. Kraftmeßdose nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung zur Befestigung der Montageplatte am Unterbau aufweist:
eine auf dem Unterbau angeordnete Gleitplatte (192), welche eine glatte, ebene Oberfläche aufweist und un­ terhalb eines entweder durch die Montageplatte (114) oder durch die Adapterplatte (180) gebildeten Gleitteil angeordnet ist;
eine Schicht (200) aus einem Material mit niedrigen Reibungskoeffizienten, welches Material zum Gleiten des Gleitteils auf der Gleitplatte zwischen der Oberseite der Gleitplatte (192) und dem Gleitteil angeordnet ist; und
ein Paar von Haltestäben (206, 208), die an gegenüber­ liegenden Enden des Unterbaus befestigt sind, wobei die Haltestäbe sich entlang des Gleitteils und dieses zu­ mindest teilweise einschließend erstrecken, wobei das Gleitteil auf der Gleitplatte eine begrenzte Strecke gleiten kann.

23. Kraftmeßdose nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltestäbe (206, 208) am Unterbau durch eine Vielzahl von Gewindestutzen (196) befestigt sind, wel­ che sich von Unterbau durch entsprechende Öffnungen (198) in der Gleitplatte (192) und entsprechende Ab­ standshülsen (210) erstrecken, welche zwischen der Oberseite der Gleitplatte und der Unterseite der Halte­ stäbe (206, 208) angeordnet sind, wobei die Länge der Abstandshülsen größer als die Dicke des Gleitteils ist.

24. Kraftmeßdose nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit geringem Reibungskoeffizienten an der Unterseite des Gleitteils (114, 180) befestigt ist, wobei Gleitteil und Material mit niedrigem Reibungs­ koeffizienten zusammen auf der Gleitplatte (192) glei­ ten.

25. Kraftmeßdose nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitteil durch die Adapterplatte (180) gebil­ det ist.

26. Kraftmeßdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnungssensor einen zweiachsigen Metallfolien- Dehnungsmesser aufweist.